CN106324404A - 电气化铁路对沿线油气管道电磁干扰测试系统及分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电气化铁路对沿线油气管道电磁干扰测试系统及分析方法，包括相互连接的电气化铁路和沿线油气管道数据采集、存储与传输装置，时空同步装置和电气化铁路与油气管道基础设施地理信息获取系统；电气化铁路和沿线油气管道数据采集、存储与传输装置，时空同步装置和电气化铁路与油气管道基础设施地理信息获取系统均连接到数据分析与处理装置，数据分析与处理装置连接显示与存储装置；本发明建立干扰源与被干扰对象之间严格的时间和空间对应关系，对电气化铁路随机性、波动性和冲击性牵引负荷在沿线油气管道上产生的电磁干扰动态跟踪评估，具备数据深度挖掘能力。
Description
技术领域
本发明涉及电磁干扰测试系统及分析方法，具体涉及电气化铁路对沿线油气管道电磁干扰测试系统及分析方法。
背景技术
电气化铁路、油气管道都是国家的重要经济命脉，两者的安全运营，对国家的政治、经济、国防都有着重大影响；由于地理条件的限制或出于节约土地资源和成本的考虑，在油漆管道、电气化铁路的实际工程设计和建设过程中，两者经常共用同一走廊，这样就不可避免的会发生并行铺设或交叉穿越敷设的情况；而与此同时，目前世界上包括我国在内的主要国家电气化铁路均采用单相工频交流制式的牵引供电系统，长期的运行经验证实，该方式具有很多的优点和较明显的经济效果；但是这种制式也存在一系列问题，如电气化铁路会对邻近铺设的油气管道造成腐蚀干扰，危及油气管道的安全运营与维护；特别是近年来我国大量高速铁路客运专线的建成，同时伴随着我国能源需求的增大，大量建设的油气管道干扰的问题研究日益迫切；因此开展电气化铁路对沿线油气管道干扰的综合监测与分析非常必要；而现有的电气化铁路对沿线油气管道电磁干扰测试中，在牵引变电所和油气管道的测试缺乏同步性；难以准确分析电气化铁路对沿线油气管道干扰的影响程度，造成了铁路部门和油气管道运营部门的分歧。
发明内容
本发明的目的在于提供给一种电气化铁路对沿线油气管道电磁干扰测试系统及分析方法。
本发明采用的技术方案是：电气化铁路对沿线油气管道电磁干扰测试系统，包括相互连接的电气化铁路和沿线油气管道数据采集、存储与传输装置，时空同步装置和电气化铁路与油气管道基础设施地理信息获取系统；电气化铁路和沿线油气管道数据采集、存储与传输装置，时空同步装置和电气化铁路与油气管道基础设施地理信息获取系统均连接到数据分析与处理装置，数据分析与处理装置连接显示与存储装置。
进一步的，所述电气化铁路和沿线油气管道数据采集、存储与传输装置包括牵引变电所数据采集、存储与传输装置、AT所或开闭所数据采集、存储与传输装置、电力机车数据采集、存储与传输装置、钢轨数据采集、存储与传输装置、油气管道数据采集、存储与传输装置、阴极保护数据采集、存储与传输装置和土壤数据采集、存储与传输装置。
进一步的，所述牵引变电所数据采集、存储与传输装置连接牵引变电所电压互感器和电流互感器；AT所获开闭所数据采集、存储与传输装置连接AT所或开闭所电压互感器和电流互感器；电力机车数据采集、存储与传输装置连接电力机车电压互感器、电流互感器和定位装置；钢轨数据采集、存储与传输装置连接钢轨电压互感器和电流互感器；油气管道数据采集、存储与传输装置连接油气管道位置杂散电流、交流电流密度和油气管道对地电位测试装置；阴极保护数据采集、存储与传输装置连接油气管道阴极保护装置；土壤数据采集、存储与传输装置连接土壤电阻率测试装置。
进一步的，所述时空同步装置包括全球定位系统和北斗系统；数据分析与处理装置为大数据分析与处理装置。
电气化铁路对沿线油气管道电磁干扰测试系统的分析方法，包括以下步骤：
A、获取电气化铁路与油气管道基础设施地理信息；
B、获取电力机车数据和电气化铁路沿线土壤电阻率数据；
C、采用“车-网”耦合的牵引供电系统潮流仿真模型，计算牵引网和回流系统潮流初始分布；
D、获取实时监测的牵引变电所、AT所、开闭所和钢轨电流电压数据，与步骤C中仿真结果比较，修正仿真参数；得到该时刻牵引网和回流系统实际潮流分布；
E、将步骤D中得到的牵引网和回流系统潮流分布结果通过电气化铁路对油漆管道电磁干扰分析与计算模型进行计算；得到电气化铁路沿线大地中的杂散电流、交流电流密度和油气管道对地电位；
F、获取实时监测的油气管道检测点的杂散电流、交流电流密、油气管道对地电位和阴极保护数据，与步骤E中的结果进行对比，修正仿真数据；得到该时刻电气化铁路对沿线油气管道电磁干扰量化曲线；
G、更新步骤A中数据，重复步骤B-F，得到电气化铁路对沿线油气管道电磁干扰的动态分布过程。
进一步的，步骤G得到的结果结合时空同步技术，采用大数据处理，得到电气化铁路对沿线油气管道电磁干扰的三维动态显示、存储与查询。
进一步的，步骤A中电气化铁路与油气管道基础设施地理信息包括地理坐标、线路平纵面参数、牵引供电系统基础设计参数、油气管道尺寸、油气管道涂层和油气管道阴极保护装置参数。
进一步的，步骤C中牵引网和回流系统潮流初始分布包括接触线、承力索、回流线、负馈线、保护线、贯通地线和钢轨的导线电流和节点压力。
进一步的，步骤E中电气化铁路对油漆管道电磁干扰分析与计算模型包括感性耦合模型、容性耦合模型和阻性耦合模型。
进一步的，所述大数据处理的工具包括分布式文件系统Hadoop和高性能计算与通信HPCC。
本发明的有益效果是：
（1）本发明采用时空同步装置和电气化铁路与油气管道基础设施地理信息获取系统，结合电气化铁路与油气管道实时监测数据对电气化铁路对沿线油气管道电磁干扰进行测试与分析，建立干扰源与被干扰对象之间严格的时间和空间对应关系；
（2）本发明在分析过程中采用大数据处理与分析技术，结合分布式处理技术，实现大数据从采集、处理、存储到形成结果的过程，对电气化铁路随机性、波动性和冲击性牵引负荷在沿线油气管道上产生的电磁干扰动态跟踪评估，具备数据深度挖掘能力；
（3）本发明将时空同步装置和电气化铁路与油气管道基础设施地理信息获取系统相结合，通过牵引供电系统对油气管道电磁干扰的容性耦合、感性耦合和阻性耦合等效计算模型可以拟合电气化铁路对沿线油气管道电磁干扰的分布，方便对干扰进行综合分析与评估，具备三维动态、时间同步和交互式显示的效果。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明实施例的测点空间示意图。
图3为本发明分析方法流程图。
图中：1-牵引变电所电压互感器和电流互感器，1-1-牵引变电所数据采集，2-AT所或开闭所电压互感器和电流互感器，2-1-AT所数据采集，3-电力机车电压互感器、电流互感器和定位装置，3-1-电力机车数据采集，4-钢轨电压互感器和电流互感器，4-1-电气化铁路沿线监测点钢轨数据采集，5-油气管道位置杂散电流、交流电流密度和油气管道对地电位测试装置，5-1-电气化铁路沿线油气管道监测点数据采集，6-油气管道阴极保护装置，6-1-油气管道阴极保护装置数据采集，7-土壤电阻率测试装置，7-1-电气化铁路沿线土壤电阻炉数据采集，8-牵引变电所数据采集、存储与传输装置，9- AT所获开闭所数据采集、存储与传输装置，10-电力机车数据采集、存储与传输装置，11-钢轨数据采集、存储与传输装置，12-油气管道数据采集、存储与传输装置，13-阴极保护数据采集、存储与传输装置，14-土壤数据采集、存储与传输装置，15-时空同步装置，16-电气化铁路与油气管道基础设施地理信息获取系统，17-数据分析与处理装置，18-显示与存储装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
一种电气化铁路对沿线油气管道电磁干扰测试系统，包括相互连接的电气化铁路和沿线油气管道数据采集、存储与传输装置，时空同步装置15和电气化铁路与油气管道基础设施地理信息获取系统16；电气化铁路和沿线油气管道数据采集、存储与传输装置，时空同步装置15和电气化铁路与油气管道基础设施地理信息获取系统16均连接到数据分析与处理装置17，数据分析与处理装置17连接显示与存储装置18。
进一步的，所述电气化铁路和沿线油气管道数据采集、存储与传输装置包括牵引变电所数据采集、存储与传输装置8、AT所或开闭所数据采集、存储与传输装置9、电力机车数据采集、存储与传输装置10、钢轨数据采集、存储与传输装置11、油气管道数据采集、存储与传输装置12、阴极保护数据采集、存储与传输装置13和土壤数据采集、存储与传输装置14。
进一步的，所述牵引变电所数据采集、存储与传输装置8连接牵引变电所电压互感器和电流互感器1；AT所获开闭所数据采集、存储与传输装置9连接AT所或开闭所电压互感器和电流互感器2；电力机车数据采集、存储与传输装置10连接电力机车电压互感器、电流互感器和定位装置3；钢轨数据采集、存储与传输装置11连接钢轨电压互感器和电流互感器4；油气管道数据采集、存储与传输装置12连接油气管道位置杂散电流、交流电流密度和油气管道对地电位测试装置5；阴极保护数据采集、存储与传输装置13连接油气管道阴极保护装置6；土壤数据采集、存储与传输装置14连接土壤电阻率测试装置7。
进一步的，所述时空同步装置15包括全球定位系统和北斗系统；数据分析与处理装置17为大数据分析与处理装置。
如图1所示，牵引变电所牵引侧电压和电流互感器1连接牵引变电所数据采集、存储与传输装置8，对牵引变电所测电压和电流等数据进行采集、存储和传输；AT所或开闭所电压互感器和电流互感器2连接AT所获开闭所数据采集、存储与传输装置9，对自耦变压器供电方式下的牵引网辅助分区所（AT所，含AT分区所）内接触线、负馈线以及钢轨的电压、电流互感器或直接供电方式下开闭所内接触线和钢轨的电压、电流互感器测试的数据进行采集、存储和传输；电力机车电压互感器、电流互感器和定位装置3连接电力机车数据采集、存储与传输装置；对电力机车（含动车组）主变压器位置电压和电流等数据进行采集、存储和传输；钢轨电压互感器和电流互感器4连接钢轨数据采集、存储与传输装置11，对电气化铁路沿线监测点的钢轨电压和电流等数据进行采集、存储和传输；油气管道位置杂散电流、交流电流密度和油气管道对地电位测试装置5连接油气管道数据采集、存储与传输装置12，对电气化铁路沿线油气管道监测点的杂散电流、交流电流密度和油气管道对地电位等数据进行采集、存储和传输；油气管道阴极保护装置6连接阴极保护数据采集、存储与传输装置13，对油气管道的阴极保护数据（包括阳极交流排流量、阳极输出电流、阳极开路电位、交流排流量和接地极接地电阻）进行采集、存储和传输；土壤电阻率测试装置7连接土壤数据采集、存储与传输装置14，对电气化铁路沿线土壤电阻率等数据进行采集、存储与传输；电气化铁路和沿线油气管道数据采集、存储与传输装置，时空同步装置15和电气化铁路与油气管道基础设施地理信息获取系统16相互连接；时空同步装置15和电气化铁路与油气管道基础设施地理信息获取系统16相结合，可动态更新地面测点的地理坐标并建立三维可视化模型系统；电气化铁路和沿线油气管道数据采集、存储与传输装置连接数据分析与处理装置17，进一步其可为大数据分析与处理装置；将监测的数据通过牵引供电系统对油气管道电磁干扰的容性耦合、感性耦合和阻性耦合等效计算模型，拟合出电气化铁路对沿线油气管道电磁干扰分布，将测试结果可以实时传输到显示和存储装置18。
如图2所示，以AT供电方式为例，可以看出电气化铁路对沿线油气管道电磁干扰综合测试系统的测点空间分布情况；采用多维度时空同步装置，如全球定位系统GPRS或北斗系统的跟踪定位和同步对时功能，实现电气化铁路对沿线油气管道电磁干扰的三维可视化监测与分析。
电气化铁路对沿线油气管道电磁干扰测试系统的分析方法，包括以下步骤：
A、获取电气化铁路与油气管道基础设施地理信息；
B、获取电力机车数据和电气化铁路沿线土壤电阻率数据；
C、采用“车-网”耦合的牵引供电系统潮流仿真模型，计算牵引网和回流系统潮流初始分布；
D、获取实时监测的牵引变电所、AT所、开闭所和钢轨电流电压数据，与步骤C中仿真结果比较，修正仿真参数；得到该时刻牵引网和回流系统实际潮流分布；
E、将步骤D中得到的牵引网和回流系统潮流分布结果通过电气化铁路对油漆管道电磁干扰分析与计算模型进行计算；得到电气化铁路沿线大地中的杂散电流、交流电流密度和油气管道对地电位；
F、获取实时监测的油气管道检测点的杂散电流、交流电流密、油气管道对地电位和阴极保护数据，与步骤E中的结果进行对比，修正仿真数据；得到该时刻电气化铁路对沿线油气管道电磁干扰量化曲线；
G、更新步骤A中数据，重复步骤B-F，得到电气化铁路对沿线油气管道电磁干扰的动态分布过程。
进一步的，步骤G得到的结果结合时空同步技术，采用大数据处理，得到电气化铁路对沿线油气管道电磁干扰的三维动态显示、存储与查询。
进一步的，步骤A中电气化铁路与油气管道基础设施地理信息包括地理坐标、线路平纵面参数、牵引供电系统基础设计参数、油气管道尺寸、油气管道涂层和油气管道阴极保护装置参数。
近一步的，步骤C中牵引网和回流系统潮流初始分布包括接触线、承力索、回流线、负馈线、保护线、贯通地线和钢轨的导线电流和节点压力。
进一步的，步骤E中电气化铁路对油漆管道电磁干扰分析与计算模型包括感性耦合模型、容性耦合模型和阻性耦合模型。
进一步的，所述大数据处理的工具包括分布式文件系统Hadoop和高性能计算与通信HPCC。
如图3所示，电气化铁路对油气管道电磁干扰分析方法流程图；基于电气化铁路与油气管道基础设施地理信息及设计参数，读入某一时刻电力机车（含动车组）监测数据以及铁路沿线土壤电阻率多点监测数据，构建“车-网”耦合的牵引供电系统潮流仿真模型；对比仿真与多点实测数据，修正仿真参数，当满足一定精度要求时，输出该时刻全线牵引网和回流系统实际潮流分布；然后将牵引网和回流系统潮流分布结果代入电气化铁路对油气管道电磁干扰分析与计算模型，就算得到包括油气管道位置杂散电流、交流电流密度以及油气管道对地电位等在内的主要参数；对比仿真与多点实测数据，修正仿真参数，当满足一定的精度要求时，输出该时刻电气化铁路对沿线油气管道电磁干扰的量化曲线；最后，更新电气化铁路与油气管道基础设施地理信息数据信息，得到整个时间段内电气化铁路对沿线油气管道动态电磁干扰分布过程；还可以结合时空同步数据和大数据处理技术，完成电气化铁路对沿线油气管道电磁干扰的三维动态显示、存储与查询。
本发明基于电气化铁路与油气管道基础设施地理信息，同步采集牵引变电所、AT所（含分区所）以及开闭所采集的电气量、电力机车电压、电流和实时位置、沿线监测点钢轨电压和电流、油气管道管地电位、油气管道交流电流密度、油气管道阴极保护装置运行参数（包括阳极交流排流量、阳极输出电位、阳极开路电位、交流排流量、接地极接地电阻）和土壤的土壤电阻率等参数；利用“车-网”耦合的牵引供电系统潮流仿真模型，得到全线牵引网和回流系统实际潮流分布；代入电气化铁路对油气管道电磁干扰分析与计算模型中，得到整个时间段内电气化铁路对沿线油气管道动态电磁干扰分布过程；结合时空同步数据和大数据处理技术完成电气化铁路对沿线油气管道电磁干扰的三维动态显示、存储与查询。
Claims (10)
1.一种电气化铁路对沿线油气管道电磁干扰测试系统，其特征在于：包括相互连接的电气化铁路和沿线油气管道数据采集、存储与传输装置，时空同步装置(15)和电气化铁路与油气管道基础设施地理信息获取系统(16)；电气化铁路和沿线油气管道数据采集、存储与传输装置，时空同步装置(15)和电气化铁路与油气管道基础设施地理信息获取系统(16)均连接到数据分析与处理装置(17)，数据分析与处理装置(17)连接显示与存储装置(18)。
2.根据权利要求1所述的电气化铁路对沿线油气管道电磁干扰测试系统，其特征在于：所述电气化铁路和沿线油气管道数据采集、存储与传输装置包括牵引变电所数据采集、存储与传输装置(8)、AT所或开闭所数据采集、存储与传输装置(9)、电力机车数据采集、存储与传输装置(10)、钢轨数据采集、存储与传输装置(11)、油气管道数据采集、存储与传输装置(12)、阴极保护数据采集、存储与传输装置(13)和土壤数据采集、存储与传输装置(14)。
3.根据权利要求2所述的电气化铁路对沿线油气管道电磁干扰测试系统，其特征在于：所述牵引变电所数据采集、存储与传输装置(8)连接牵引变电所电压互感器和电流互感器(1)；AT所获开闭所数据采集、存储与传输装置(9)连接AT所或开闭所电压互感器和电流互感器(2)；电力机车数据采集、存储与传输装置(10)连接电力机车电压互感器、电流互感器和定位装置(3)；钢轨数据采集、存储与传输装置(11)连接钢轨电压互感器和电流互感器(4)；油气管道数据采集、存储与传输装置(12)连接油气管道位置杂散电流、交流电流密度和油气管道对地电位测试装置(5)；阴极保护数据采集、存储与传输装置(13)连接油气管道阴极保护装置(6)；土壤数据采集、存储与传输装置(14)连接土壤电阻率测试装置(7)。
4.根据权利要求1所述的电气化铁路对沿线油气管道电磁干扰测试系统，其特征在于：所述时空同步装置(15)包括全球定位系统和北斗系统；数据分析与处理装置(17)为大数据分析与处理装置。
5.如权利要求1所述的电气化铁路对沿线油气管道电磁干扰测试系统的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、获取电气化铁路与油气管道基础设施地理信息；
B、获取电力机车数据和电气化铁路沿线土壤电阻率数据；
C、采用“车-网”耦合的牵引供电系统潮流仿真模型，计算牵引网和回流系统潮流初始分布；
D、获取实时监测的牵引变电所、AT所、开闭所和钢轨电流电压数据，与步骤C中仿真结果比较，修正仿真参数；得到该时刻牵引网和回流系统实际潮流分布；
E、将步骤D中得到的牵引网和回流系统潮流分布结果通过电气化铁路对油漆管道电磁干扰分析与计算模型进行计算；得到电气化铁路沿线大地中的杂散电流、交流电流密度和油气管道对地电位；
F、获取实时监测的油气管道检测点的杂散电流、交流电流密、油气管道对地电位和阴极保护数据，与步骤E中的结果进行对比，修正仿真数据；得到该时刻电气化铁路对沿线油气管道电磁干扰量化曲线；
G、更新步骤A中数据，重复步骤B-F，得到电气化铁路对沿线油气管道电磁干扰的动态分布过程。
6.根据权利要求5所述的一种电气化铁路对沿线油气管道电磁干扰测试系统的分析方法，其特征在于，步骤G得到的结果结合时空同步技术，采用大数据处理，得到电气化铁路对沿线油气管道电磁干扰的三维动态显示、存储与查询。
7.根据权利要求5所述的电气化铁路对沿线油气管道电磁干扰测试和分析系统的分析方法，其特征在于，步骤A中电气化铁路与油气管道基础设施地理信息包括地理坐标、线路平纵面参数、牵引供电系统基础设计参数、油气管道尺寸、油气管道涂层和油气管道阴极保护装置参数。
8.根据权利要求5所述的电气化铁路对沿线油气管道电磁干扰测试系统的分析方法，其特征在于，步骤C中牵引网和回流系统潮流初始分布包括接触线、承力索、回流线、负馈线、保护线、贯通地线和钢轨的导线电流和节点压力。
9.根据权利要求5所述的电气化铁路对沿线油气管道电磁干扰测试系统的分析方法，其特征在于，步骤E中电气化铁路对油漆管道电磁干扰分析与计算模型包括感性耦合模型、容性耦合模型和阻性耦合模型。
10.根据权利要求6所述的电气化铁路对沿线油气管道电磁干扰测试系统的分析方法，其特征在于，所述大数据处理的工具包括分布式文件系统Hadoop和高性能计算与通信HPCC。
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